Huidige situatie

0

1

8

−

−

=

Φ

A µθ

ε

waarin Φ te bepalen is met formule [6], εp de porositeit – 0,4 –, μ de ribbelfactor die

door SOBEK wordt berekend en θs de dimensieloze schuifspanning. A is de

kalibratieparameter. Voor het onderzoeksgebied is deze vastgesteld op 0,6. Uit validatie en her-kalibratie blijkt dat de processen in de IJssel redelijk goed berekend worden met het SOBEK-Rijntakkenmodel [Jesse, P., Kroekenstoel, D.F., 2001].

Ten behoeve van de hydraulische berekeningen is het Rijntakkenmodel gekalibreerd op het hoogwater van 1995 en geverifieerd met de hoogwaters van 1993 en 1998.

4.2 Huidige situatie

Het model is compleet aangeleverd, wat wil zeggen dat de huidige situatie direct berekend kan worden. Hier wordt kort ingegaan op de uitkomsten van de berekeningen welke naar verwachting veranderen na de ingreep.

4.2.1 Hydraulisch

Voor een deel van de IJssel is in figuur 4.2 de waterstand, de waterdiepte in het zomerbed en de waterdiepte in het winterbed weergegeven bij MHW-afvoer. Ter hoogte van het grijs gearceerde gedeelte bevindt zich het gedeelte van de uiterwaard Wilpsche Klei waarin de ingreep zal plaatsvinden. De ingreep zal plaatsvinden tussen rivierkilometer 937,4 en 939,4. Deventer ligt ter hoogte van IJsselkilometer 944.

Opvallend in figuur 4.2 is dat het waterspiegelverhang ter hoogte van de Wilpsche

Figuur 4.2: Waterstand en waterdiepte zomer- en winterbed in de IJssel bij MHW-afvoer. 927,9 932,4 937,4 939,9 942,4 947,4 Q IJsselkilometer Wat er le ve l (N A P ) / Wa te rd ie p te ( m )

Klei klein is – het blijkt dat op dit punt het waterspiegelverhang ongeveer het kleinst van de hele IJssel is. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het opstuwende effect van de versmalling bij Deventer. Verder valt op dat de waterdiepte in de uiterwaarden minder is dan gemiddeld, terwijl de waterdiepte in het zomerbed ongeveer gemiddeld is. Dit komt door de grote breedte van uiterwaard Wilpsche Klei en het relatief hoge bodemniveau van deze uiterwaard.

4.2.2 Morfologisch

Zoals opgemerkt wordt voor de morfologische ontwikkeling van de bodem gebruik gemaakt van gemeten afvoeren tussen 1973 en 1998. In figuur 4.3 is de bodem voor een deel van de IJssel weergegeven in 1973, in 1985 en in 1998. Het gearceerde gedeelte is het gebied waar de ingreep plaats zal vinden – de Wilpsche Klei.

Opvallend aan figuur 4.3 is dat niet voor het hele weergegeven gebied een duidelijke bodemontwikkeling te zien is. Vooral voor het gebied stroomopwaarts van de Wilpsche Klei is wel een duidelijke bodemontwikkeling te zien; hier stijgt het bodemniveau 0,4

Figuur 4.3: Bodem IJssel op drie tijdstippen in 25 jaar.

927,9 932,4 937,4 939,9 942,4 947,4 B ed le ve l (N A P )

Figuur 4.4: Bodemverloop over 25 jaar nabij Wilpsche Klei.

B ed le ve l (N A P )

tot 0,6 meter in 25 jaar. Rond de Wilpsche Klei en benedenstrooms hiervan verloopt de bodem grillig. Op een aantal plaatsen is een bodemdaling te zien terwijl er ook plaatsen zijn waar het bodemniveau eerst hoger wordt en dan weer lager, en andersom.

Voor zes IJsselkilometers rondom de Wilpsche Klei – daar waar de ingreep plaats zal vinden – is in figuur 4.4 het verloop van de bodem in de tijd uitgezet, over 25 jaar. In dit figuur is te zien dat de bodemontwikkeling in de loop van de tijd niet eenduidig is. Opvallend is wel dat een zandgolf die rond 1975 zijn top bereikt ter plaatse van km 937,4, zich in de loop der jaren in stroomafwaartse richting voortbeweegt, terwijl de hoogte ervan afneemt. In 1980 is de zandgolf verplaatst naar km 939,9 terwijl de hoogte afgenomen is van ongeveer 0,5 meter naar 0,1 meter. Verder is opvallende dat het bodemverloop ter plaatse van een aantal km-punten heel abrupt en schokkerig verloopt - vooral km 937,4 - terwijl de bodem ter plaatse van nabij gelegen km-punten geleidelijk verloopt - vooral km 938,4.

4.3 Bouwen op palen

Hier wordt eerst beschreven waar in het aangeleverde SOBEK-model het bouwen op palen geschematiseerd kan worden, waarna de methode beschreven wordt waarop de schematisatie plaatsvindt. Als laatste wordt ingegaan op de in te voeren waarden die representatief zijn voor het bouwen in uiterwaarden.

4.3.1 Algemeen

Het bouwen van een wijk op palen in de uiterwaard Wilpsche Klei kan in SOBEK geschematiseerd worden door de ruwheid in de uiterwaarden te vergroten - net als gedaan is ten behoeve van de eenvoudige analytische berekeningen. In het programma zijn verschillende ruwheden opgegeven voor verschillende riviertrajecten als wel voor verschillende punten in de dwarsprofielen. Zo zijn er voor verschillende afvoeren Chézy-ruwheden gegeven voor het zomerbed, terwijl voor de verschillende uiterwaarden een Nikuradse-ruwheid is gegeven. De in het programma aangeduide ‘uiterwaard 1’ is de kribsectie, terwijl de eigenlijke uiterwaarden aangeduid worden met ‘uiterwaard 2’. De ingreep zal plaatsvinden binnen ‘uiterwaard 2’.

Binnen het model is van IJsselkm 934,4 tot en met 939,4 één waarde voor de ruwheid in ‘uiterwaard 2’ opgegeven: een Nikuradse-waarde van 0,09 meter. Voor IJsselkm 939,9 is de ingevoerde ruwheid 0,22 meter. Deze ruwheid is een combinatie van

ruwheid veroorzaakt door ecotopen – keco – en ruwheid veroorzaakt door de

vereenvoudigingen in het 1D-model – kmodel. De ruwheid veroorzaakt door de ecotopen is in het 2D-rekenprogramma WAQUA omgezet in een afvoerafhankelijke ruwheid voor elke roostercel. Deze ruwheid per roostercel is om te zetten in gebiedsrepresentatieve ruwheid, die weer dient als uitgangspunt bij de bepaling van de ruwheid in SOBEK.

4.3.2 Methode

Om te kunnen bepalen hoeveel de ruwheid in het SOBEK-Rijntakken model groter wordt door het bouwen in de uiterwaard is eerst van belang te weten wat de invloed van de vereenvoudiging van het 2D-model naar het 1D-model is. Het is niet mogelijk

de ruwheid in SOBEK uit te splitsen in een keco-ruwheid en een kmodel-ruwheid. Het

blijkt echter dat de in het model ingevoerde ruwheid en de werkelijke gebiedsruwheid evenredig met elkaar zijn [Veen, R. van der, Pakes, U., Schutte, L., 2002]. Door de in het model ingevoerde ruwheid te delen door de werkelijke ruwheid wordt de kalibratiefactor verkregen.

De werkelijke ruwheid is berekend in hoofdstuk 3.3; voor IJsselkm 934,4 tot en met 939,9 is dit gemiddeld 0,38 meter – Nikuradse-ruwheid. Dat betekent dat voor IJsselkm 934,4 tot 939,9, waar de ingevoerde ruwheid 0,09 meter is, de kalibratiefactor 0,24 is. Voor IJsselkm 939,9, waar de ingevoerde ruwheid 0,22 meter is, is de kalibratiefactor 0,58. Opvallend is dat deze kalibratiefactoren significant kleiner zijn dan de kalibratiefactor die bepaald is voor de eenvoudige analytische berekening; deze factor is 3,6. In het SOBEK-Rijntakken model is een kleinere ruwheid dan de werkelijke ruwheid ingevoerd, terwijl in het eenvoudige analytische model een grotere ruwheid dan de werkelijke ruwheid is ingevoerd. Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat in het SOBEK-Rijntakken model de bocht in de rivier waarin de ingreep plaatsvindt wel is opgenomen, terwijl bij de eenvoudige analytische berekening uitgegaan is van een recht stuk rivier. Verder kan het verschil ontstaan doordat bij de eenvoudige berekeningen gebruik is gemaakt van gemiddelde waarden voor de uiterwaardruwheid, terwijl deze plaatselijk sterk kan variëren. Zoals in hoofdstuk 4.1 beschreven is de IJssel opgedeeld in vakken van 500 meter. Ook in de bochten van de IJssel wordt aangenomen dat per vak het uiterwaarddeel, evenals het zomerbeddeel, 500 meter breed is, terwijl dit niet overal het geval is, zie figuur 4.1. Omdat de breedte van de uiterwaard in werkelijkheid in een bochtvak kleiner kan zijn dan 500 meter, kan een lage kalibratiefactor voor de ruwheid nodig zijn om de juiste waterstand te bereiken. In het eenvoudige analytische model kan een hoge kalibratiefactor nodig zijn om energieverliezen die in werkelijkheid in bochten optreden te verdisconteren.

De toename van de ruwheid in het deel van de uiterwaard waar gebouwd wordt, kan zoals opgemerkt ook hier bepaald worden met behulp van formule [18]. Echter de toename kan in dit geval niet berekend worden over de uiterwaardbreedte waar daadwerkelijk gebouwd wordt, maar moet als integrale verruwing over de hele breedte van de uiterwaard worden opgenomen. In het SOBEK-Rijntakken model is het namelijk niet mogelijk de ruwheid tussen de zomerkade en de winterdijk te variëren. Dit houdt in dat de ruwheidvergroting over een groter oppervlak plaatsvindt, wat betekent dat de ruwheidtoename kleiner is per oppervlakte-eenheid. Per vak tussen IJsselkm 937,4 en 939,9 wordt bepaald hoeveel procent van het gebied waarin op palen gebouwd wordt hierin ligt. Aan de hand van dit percentage wordt bepaald hoeveel palen per vak worden aangebracht. Aangezien de palen in het stroomvoerende gedeelte van de uiterwaard worden aangebracht, wordt per vak, per stroomvoerend gedeelte van de uiterwaard berekend wat het aangestroomde oppervlak is van de palen, zie formule

[19]. Als de aangestroomde oppervlakte per vak is bepaald, kan met formule [18] voor verschillende waterdieptes de nieuwe uiterwaardruwheid bepaald worden. Hierbij moet de aanwezige uiterwaardruwheid – de werkelijke ruwheid, niet de ruwheid als opgegeven in SOBEK – die uitgedrukt is in een Nikuradse-waarde, met behulp van formule [2] omgezet worden naar een Chézy-waarde. Zo ontstaat een tabel met nieuwe uiterwaardruwheden – Chézy-waarden – per vak voor verschillende waterdieptes. Deze moeten weer omgezet worden in een Nikuradse-ruwheid omdat in het SOBEK-Rijntakken model dit type ruwheid is opgegeven voor de uiterwaard. Voordat deze nieuwe waardes ingevoerd kunnen worden in SOBEK moeten deze waardes vermenigvuldigd worden met de kalibratiefactor. In figuur 3.3 is dit schematisch weergegeven.

4.3.3 Invoer

Om in het SOBEK-Rijntakken model per vak de diepte afhankelijke nieuwe ruwheid in te kunnen voeren, die wisselt per vak, moet eerst de IJsseltak waarin de ingreep plaatsvindt opgedeeld worden. Deze moet opgedeeld worden in een deel waarin de vakken zich bevinden waarin de ingreep plaatsvindt – rivierkilometer 937,4 tot en met 939,9 –, een deel bovenstrooms van de ingreep en een deel benedenstrooms van de ingreep.

In bijlage J is het totale aangestroomde oppervlak paal per riviervak berekend, evenals de nieuwe gebiedsruwheden. In tabel 4.1 zijn de in het model in te voeren nieuwe gebiedsruwheden gegeven.

Tabel 4.1: In SOBEK in te voeren nieuwe ruwheden, behorende bij een gebiedsruwheid van 0,38 meter.